過去有修過一些複合材料強度的學分,先不論樓主遇到的問題,我們先復習一下複合材料強度特性...
首先,碳纖維這東西生產的時候是純粹是單一方向的薄膜,如果以最貼近生活的東西來比喻,就像是菜市場買菜的時候綁袋口用的紅色塑膠麻繩,這麻繩攤開來是個薄膜,如果拉動方向是垂直於纖維方向則很容易撕裂分開,如果拉動方向與纖維同向,那麼就要花上九牛二虎之力才可能拉斷,碳纖維原生薄膜的情形大概是如此。
為了要強化碳纖維各方向的強度,工程師就採用「編織」方式,將碳纖維束用各種角度編織(常見是 60 度),讓編出來的碳纖維「布」在水平方向都能有足夠的強韌度,不會因外力撕裂。
可是編出來的布是 2D 啊,那 3D 的強度怎麼辦呢?複合材料精妙就是精妙在這點。複合材料有一個缺點,就是強度並非全向的,想像那塊編好的 2D 布料,雖然水平方向可以耐得住拉扯,但如果這塊布給他對折下去(不是凹,是用力的折下去)呢?這是保證斷裂的動作(碳分子鍵結力的問題),由此可知,複合材料最怕的,是垂直於布面的力量。
工程師了解這個特性之後,就會針對需求來決定這塊布要怎麼纏繞,通常以自行車架而言,力量的方向幾乎是平行於支柱,那麼碳纖維在纏繞的時候就會把最強的力量設計在對抗平行於支柱的力,也就是說,不平行於支柱的力承受強度,就會變弱不少(想像那塊 2D 布料像畫布一樣捲起來,您會發現這個圓柱沿著柱的方向很堅韌,可以撐起很重的東西,但因為碳分子的鍵結力量關係,這個圓柱遇到彎曲力(bending),或是剪力(shear stress),它就沒有像金屬柱這麼具有彈性了,複合材料柱可能彎到某個程度就直接斷裂,而同程度的金屬柱可能頂多是彎到無法恢復原狀而已)。
即便複合材料繞了好幾圈包覆成一個柱子,一個側向力一來,仍然是會造成潛在傷害的,它可能造成某一層的纖維斷裂而外觀看不出來,假如這個細微裂痕就在結構點附近,那麼這裂痕可能就會因震動而疲勞、發生擴大現象(而外觀可能還是看不出來,因為是內傷),如果把樓主的問題放入這個觀點來看,如果這個撞擊(還是輕擦在下實在不知道)足以使碳纖維某層產生裂痕,那麼依照照片這個位置,我個人是覺得悲觀了。
複合材料車架比金屬車架難顧就是這點,複合材料最怕就是側向力撞擊,我個人認為這車架如果原廠也無法鑑定安全狀況的話,賠了您的親戚之後舊車架也別重新烤漆賣別人了吧,當作人生的一次經驗。
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